相变对流传热课件
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第7章相变对流传热
7.1凝结传热的模式
7.2膜状凝结的计算关联式
7.3膜状凝结的影响因素及其传热强化7.4沸腾传热的模式
7.5沸腾传热的影响因素及其强化7.6热管简介
蒸气遇冷凝结、液体受热沸腾是伴随有相
变的对流传热，其基本规律与单相对流传热有
重大的区别。凝结与沸腾传热广泛地应用于各
种工程领域中：电站汽轮机装置中的凝汽器、
锅炉炉膛中的水冷壁、冰箱与空调器中的冷凝
器与蒸发器、化工装置中的再沸器等都是应用
实例。本章应掌握的重点是凝结与沸腾过程的
基本特点、计算关联式的选择与使用以及强化
凝结与沸腾传热过程的基本思想和主要的实现
技术。
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蒸气与低于饱和温度的壁面接触时有两种不同的凝结形式。如果凝结液体能很好地润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜。这种凝结形式称为膜状凝结(film condensation)。膜状凝结时，壁面总是被一层液膜覆盖着，凝结放出的相变热(潜热)必须穿过液膜才能传到冷却壁面上去。这时，液膜层就成为传热的主要热阻。当凝结液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个的小液珠，称为珠状凝结(dropwise condensation)
。
7.1 凝结传热的模式
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珠状凝结膜状凝结
无论是膜状凝结还是珠状凝结，凝结液体都是构成蒸气与壁面交换热量的热阻载体。显然，将蒸气与冷壁面隔开的液体层的面积越大、越厚，热阻越大。在减小凝结热阻方面，珠状凝结相比于膜状凝结具有很大的优越性：在产生珠状凝结时大量的液珠的直径是很小的(在100μm以下)，空出了大量的壁面可与蒸气直接接触；所形成的液珠不断发展长大，在非水平的壁面上，因受重力作用液珠长大到一定尺寸后就沿壁面滚下，并在滚下的过程中，一方面会和相遇的液珠合并成更大的液滴，另一方面也扫清了沿途的液珠，使壁面重复液珠的形成和成长过程。
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而膜状凝结时，在冷壁面上始终存在一层连续的液膜，其厚度沿着重力的方向增加，所以膜状凝结的热阻常常比珠状凝结大一个数量级以上。在绪论中曾经指出，沸腾与凝结传热的表面传热系数是“成千上万”，这里的凝结指的是膜状凝结；对于珠状凝结，则可高达几十万。
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珠状凝结的关键问题是在常规金属表面上难以产生和长久维持。因为珠状凝结时其热阻已经小到可以忽略不计，因此研究者一直在研究如何在工程技术常用的材料表面上长期维持珠状凝结。实验证明，几乎所有的常用蒸气，包括水蒸气在内，在纯净的条件下均能在常用工程材料的洁净表面上得到膜状凝结。这种情况与我们清洗实验器皿的日常经验相符合：器皿表面上能形成一层液膜被认为是洗净的标志。在大多数工业冷凝器中，特别是动力冷凝器上，实际上都得到膜状凝结。鉴于实际工业应用上都只能实现膜状凝结，所以从设计的观点出发，为保证凝结效果，只能用膜状凝结的计算式作为设计的依据。
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7.2 膜状凝结的计算关联式
1916年，努塞尔首先提出了纯净蒸气层流
膜状凝结的分析解。他抓住了液体膜层的导热
热阻是凝结过程主要热阻这一点，忽略次要因
素，从理论上揭示了有关物理参数对凝结传热
的影响，长期来被公认为是运用理论分析求解
传热问题的一个典范。
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对于竖管壁，蒸汽层流膜状凝结关联式为：
式中，h V 为竖管壁对流换热系数；r 为相变潜热；t s 为液膜饱和温度；t w 为壁面温度；下标l 表示液相。对于与水平轴倾斜角为?(?>0)的倾斜壁，只需将上式中的g 改为g sin ?即可。
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0.943()l l
V l s w gr h l t t ρλη??
=??
-??
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对于水平圆管及球表面，蒸汽层流膜状凝结
关联式为：
式中，h H 、h S 分别为圆管壁与球的对流换热系数；
d 为圆管壁与球的直径。
以上各式中，定性温度为(t s +t w )/2。相变潜热按蒸汽饱和温度t s 确定。
1234
1234
0.729()0.826()l l
H l s w l
l
S l s w gr h d t t gr h d t t ρληρλη??=??
-??
??
=??
-??
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横管和竖壁的平均表面传热系数的计算式有两点不同：特征长度横管用d ，而竖壁用l ；两式系数也不同。在其他条件相同时，横管平均表面传热系数与竖壁平均表面传热系数的比值为
在l/d =50时，横管的平均表面传热系数是竖管的2倍，所以冷凝器通常都采用横管的布置方案。
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0.77H V h l h d ??= ???
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对于底部已达到湍流状态的竖壁凝结传热，其沿整个壁面的平均表面传热系数可按下式求取:
式中，h l 为层流段的平均
表面传热系数；h t 为湍流段平均表面传热系数；x c 为层流转变为湍流时转择点的高度；l 为总壁高。
1c c l t x x h h h l l ??=+- ?
?
?
7.3 膜状凝结的影响因素及其传热强化
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7.4 沸腾传热的模式
液体的汽化(vaporization)可区分为蒸发(evaporation)和沸腾(boiling)两种。前者指发生在液体表面上的汽化过程，后者则指在液体内部以产生汽泡的形式进行的汽化过程。就流体运动的动力而言，沸腾过程又有大容器沸腾，又称池沸腾(pool boiling)和管内沸腾(in-tube boiling)两种。大容器沸腾时流体的运动是由于温差和汽泡的扰动所引起的，而管内沸腾则需外加的压差作用才能维持。本节只对大容器沸腾进行简要介绍。
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大容器饱和沸腾的三个区域
现在来做一个观察沸腾传热现象的实验。在盛水的烧杯中置入一根不锈钢细管，通电加热以使其表面上产生汽泡。烧杯底下的电热器用于将水加热到饱和温度，这样在不锈钢管表面上进行的沸腾称为饱和沸腾(saturated boiling)。
和温度的温差(称为过
热度)的增加，烧杯中
的水与不锈钢管表面之
间的热交换会依次出现
以下区域：
自然对流区
核态沸腾区
过渡沸腾区
膜态沸腾区
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热度较小(对于水在一
个大气压下的饱和沸腾
为 t<4℃)时，壁面上
没有汽泡产生，传热属
于自然对流工况。
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传热学答案+第五版+章熙民(完整版)
绪论 1.冰雹落体后溶化所需热量主要是由以下途径得到： Q λ——与地面的导热量 f Q——与空 气的对流换热热量 注：若直接暴露于阳光下可考虑辐射换热，否则可忽略不计。6．夏季：在维持20℃的室内，人体通过与空气的对流换热失去热量，但同时又与外界和内墙面通过辐射换热得到热量，最终的 总失热量减少。（T T? 外内 ） 冬季：在与夏季相似的条件下，一方面人体通过对流换热失去部分热量，另一方面又与外界和内墙通过辐射换热失去部分 热量，最终的总失热量增加。（T T? 外内 ）。挂上窗帘布阻断了与外界的辐射换热，减少了人体的失热量。 7．热对流不等于对流换热，对流换热 = 热对流 + 热传导热对流为基本传热方式，对流换热为非基本传热方式 8．门窗、墙壁、楼板等等。以热传导和热对流的方式。 9．因内、外两间为真空，故其间无导热和对流传热，热量仅能通过胆壁传到外界，但夹层两侧均镀锌，其间的系统辐射系数 降低，故能较长时间地保持热水的温度。 当真空被破坏掉后，1、2两侧将存在对流换热，使其保温性
能变得很差。 10．t R R A λλ = ? 1t R R A λ λ = = 221 8.331012 m --=? 11．q t λσ =? const λ=→直线 const λ≠ 而为λλ=（t ） 时→曲线 12. i R α 1 R λ 3 R λ 0 R α 1 f t ??→ q 首先通过对流换热使炉子内壁温度升高，炉子内壁通过热传导，使内壁温度生高，内壁与空气夹层通过对流换热继续传递热量，空气夹层与外壁间再通过热传导，这样使热量通过空气夹层。（空气夹层的厚度对壁炉的保温性能有影响，影响a α的大小。） 13．已知：360mm σ=、0.61()W m K λ=? 1 18f t =℃ 2187() W h m K =? 2 10f t =-℃ 22124() W h m K =? 墙高2.8m ，宽3m 求：q 、1 w t 、2 w t 、φ 解：12 11t q h h σλ?= ++＝ 18(10) 45.9210.361 870.61124 --=++2W m
对流传热
对流传热
4.3对流传热 对流传热是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共同作用的结果。 4.3.1对流传热过程分析 流体在平壁上流过 时，流体和壁面间将进行 换热，引起壁面法向方向 上温度分布的变化，形成 一定的温度梯度，近壁处， 流体温度发生显著变化的 区域，称为热边界层或温 度边界层。 由于对流是依靠流体内部质点发生位移来进行热量传递，因此对流传热的快慢与流体流动的状况有关。在流体流动一章中曾讲了流体流动型态有层流和湍流。层流流动时，由于流体质点只在流动方向上作一维运动，在传热方向上无质
点运动，此时主要依靠热传导方式来进行热量传递，但由于流体内部存在温差还会有少量的自然对流，此时传热速率小，应尽量避免此种情况。 流体在换热器内的流动大多数情况下为湍流，下面我们来分析流体作湍流流动时的传热情况。流体作湍流流动时，靠近壁面处流体流动分别为层流底层、过渡层（缓冲层）、湍流核心。 层流底层：流体质点只沿流动方向上作一维运动，在传热方向上无质点的混合，温度变化大，传热主要以热传导的方式进行。导热为主，热阻大，温差大。 湍流核心：在远离壁面的湍流中心，流体质点充分混合，温度趋于一致（热阻小），传热主要以对流方式进行。质点相互混合交换热量，温差小。 过渡区域：温度分布不像湍流主体那么均匀，也不像层流底层变化明显，传热以热传导和对流两种方式共同进行。质点混合，分子运动共同作用,温度变化平缓。 根据在热传导中的分析，温差大热阻就大。所以，流体作湍流流动时，热阻主要集中在层流底层中。如果要加强传热，必须采取措施来减少
传热学章熙民
第八章 8-13 有一漫射表面温度T ＝1500K ，已知其光谱发射率ε λ 随波长的变化如图所示，试计算表面的全波长总发射率ε和辐射力E 。 解： = 实际表面辐射力 总发射率同温下黑体表面辐射力 b b E d E E E λλε∞ == ? b b E d E λλελ ∞ = ? 1 2 3 1230 1 2 (,)(,)(,)() b b b b E T d E T d E T d E T λλλλλλλλλλλελλελλελλ ++= ??? 即 ： 11221(0)[(0)(0)]F T F T F T λλεελελλ=-+--- 332[(0)(0)]F T F T λελλ+---
2233...m k m k m k λμλλμλλμλε?????????1b 1b b 又,T=11500=1500查表8-1得,F (0-T)=0.01375，同理：T=31500=4500则,F (0-T)=0.56405， T=51500=7500则,F (0-T)=0.8344. 故: =0.10.01375+0.4(0.56405-0.01375) +0.2(0.8344-0.56404 bT εεδb 5) =0.276 所以：该表面的辐射力:E=E = 840.276 5.67101500-=??? 279224/W m = 8-14 已知某表面的光谱吸收比αλ随波长的变化如图所示，该表面的投射光谱辐射能G λ随波长的变化如图所示，试计算该表面的吸收比α。
解： =投入辐射能中被表面吸收的辐射能 总吸收率投入到表面的总辐射能 G d λλλ λλ αα∞ ∞= ?? G d 1 1 2 3 1(01)2(12)3(23)0 1 2 2 3 (01)(12)(23)0 1 2 G d G d G d G d G d G d λλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλλαλαλαλ λλλ ------++= ++???? ??(01)3(23)22(12)200 , 3 2400200, 0.1750.85;400/(). G G G W m m λλλλλλλλλαλαλααλμ---==-=-=?12又: =0.2, =0.9, 与波长相关,其线性关系为:而
无相变对流传热相关计算
无相变对流传热 ① 圆形直管内湍流表面传热系数 a. 一般流体 或 n= 0.4 流体被加热 n= 0.3 流体被冷却 定性温度 适用范围 注意：分析湍流条件下的表面传热系数与u，di，粘度，密度的关系。 b. 粘度较大的流体 一般情况下，应考虑粘度变化的影响，使用下式 液体被加热 液体被冷却 适用条件： 定性温度：进出口平均温度 定型尺寸：管内径。 c. 流体流过短管 若则为短管，处于进口段，表面传热系数较大。 采用以上各式计算，并加以校正: ② 圆形直管内过渡流时表面传热系数
过渡流 采用湍流公式，但需加以校正。 ③ 圆形直管内层流条件下的表面传热系数 特点：1）进口段的管长所占比例较大 2）热流方向不同，也会影响。 3）自然对流的影响有时不可忽略。 计算式： 适用条件： 定性温度： 流体进出口温度的算术平均值 定型尺寸：管内径di 如果需要考虑自然对流对表面传热系数影响的话，计算出的表面传热系数必须乘以自然对流的影响的修正系数f，即可求表面传热系数 ④ 弯管内强制对流时的表面传热系数 特点：离心力的作用，压力不均匀，产生二次环流,结果使 计算式：
式中：α----直管内的表面传热系数； R-----管子的曲率半径。 ⑤ 非圆形管内强制对流的表面传热系数 采用圆形管内相应的公式计算,但特征尺寸采用当量直径。 当量直径： 4倍流通截面/润湿周边长度 但只是一种近似算法，最好采用经验公式和专用式。 例题4.4.1 例题4.4.2 （2）管外强制对流传热 a. 流体橫向流过单管 如图1所示，当流体垂直流过单根圆管外表面时，由于流体沿圆柱周长（或方位角Φ）各点的流动情况不同，因而各点的局部表面传热系数αΦ或局部努塞尔特数NuΦ亦随之而异。如果流体的初始状态不同，则流体流经各点的情况也随之变化，从而导致圆管沿圆周方向上局部αΦ或NuΦ分布也相应变化，如图2所示。 从图2中的NuΦ分布曲线可见，流体横向流过单管时，其前半周和后半周的情况完全不同。在管子的前半周，与流体流过平壁时的情况大体相仿，从驻点（Φ=0）处开始，随Φ值的增加，边界层逐渐增厚，引起NuΦ逐渐下降。 1）低雷诺数时，70800～1013000 ，层流边界层厚度增大，使 ，边界层分离，，有一个最低点。 2）高雷诺数时，140000～219000 有两个最低点：
对流传热
4.3对流传热 对流传热是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共同作用的结果。 4.3.1对流传热过程分析 流体在平壁上流过时，流体和壁面间将进行换热，引起壁面法向方向上温度分布的变化，形成一定的温度梯度，近壁处，流体温度发生显 著变化的区域，称为热边界层或温度边界层。 由于对流是依靠流体内部质点发生位移来进 行热量传递，因此对流传热的快慢与流体流动的 状况有关。在流体流动一章中曾讲了流体流动型 态有层流和湍流。层流流动时，由于流体质点只 在流动方向上作一维运动，在传热方向上无质点 运动，此时主要依靠热传导方式来进行热量传递， 但由于流体内部存在温差还会有少量的自然对 流，此时传热速率小，应尽量避免此种情况。 流体在换热器内的流动大多数情况下为湍 流，下面我们来分析流体作湍流流动时的传热情 况。流体作湍流流动时，靠近壁面处流体流动分 别为层流底层、过渡层（缓冲层）、湍流核心。 层流底层：流体质点只沿流动方向上作一维运动，在传热方向上无质点的混合，温度变化大，传热主要以热传导的方式进行。导热为主，热阻大，温差大。 湍流核心：在远离壁面的湍流中心，流体质点充分混合，温度趋于一致（热阻小），传热主要以对流方式进行。质点相互混合交换热量，温差小。 过渡区域：温度分布不像湍流主体那么均匀，也不像层流底层变化明显，传热以热传导和对流两种方式共同进行。质点混合，分子运动共同作用,温度变化平缓。 根据在热传导中的分析，温差大热阻就大。所以，流体作湍流流动时，热阻主要集中在层流底层中。如果要加强传热，必须采取措施来减少层流底层的厚度。 4.3.2 对流传热速率方程 对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。如图在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。温度差主要集中在层流底层中。假设流体与固体壁面之间的传热热阻全集中在厚度为δt有效膜中，在有效膜之外无热阻存在，在有效膜内传热主要以热传导的方式进行。该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。由此假定，此时的温度分布情况如下图所示。 建立膜模型：δδδ =+ t e
相变对流传热课件
1 第7章相变对流传热 7.1凝结传热的模式 7.2膜状凝结的计算关联式 7.3膜状凝结的影响因素及其传热强化7.4沸腾传热的模式 7.5沸腾传热的影响因素及其强化7.6热管简介
蒸气遇冷凝结、液体受热沸腾是伴随有相 变的对流传热，其基本规律与单相对流传热有 重大的区别。凝结与沸腾传热广泛地应用于各 种工程领域中：电站汽轮机装置中的凝汽器、 锅炉炉膛中的水冷壁、冰箱与空调器中的冷凝 器与蒸发器、化工装置中的再沸器等都是应用 实例。本章应掌握的重点是凝结与沸腾过程的 基本特点、计算关联式的选择与使用以及强化 凝结与沸腾传热过程的基本思想和主要的实现 技术。 2
3 蒸气与低于饱和温度的壁面接触时有两种不同的凝结形式。如果凝结液体能很好地润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜。这种凝结形式称为膜状凝结(film condensation)。膜状凝结时，壁面总是被一层液膜覆盖着，凝结放出的相变热(潜热)必须穿过液膜才能传到冷却壁面上去。这时，液膜层就成为传热的主要热阻。当凝结液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个的小液珠，称为珠状凝结(dropwise condensation) 。 7.1 凝结传热的模式
4 珠状凝结膜状凝结
无论是膜状凝结还是珠状凝结，凝结液体都是构成蒸气与壁面交换热量的热阻载体。显然，将蒸气与冷壁面隔开的液体层的面积越大、越厚，热阻越大。在减小凝结热阻方面，珠状凝结相比于膜状凝结具有很大的优越性：在产生珠状凝结时大量的液珠的直径是很小的(在100μm以下)，空出了大量的壁面可与蒸气直接接触；所形成的液珠不断发展长大，在非水平的壁面上，因受重力作用液珠长大到一定尺寸后就沿壁面滚下，并在滚下的过程中，一方面会和相遇的液珠合并成更大的液滴，另一方面也扫清了沿途的液珠，使壁面重复液珠的形成和成长过程。 5
传热学章熙民
传热学章熙民
第六章 6-17 黄铜管式冷凝器内径12.6mm ，管内水流速1.8m/s ，壁温维持80℃，冷却水进出口温度分别为28℃和34℃，管长l/d>20，请用不同的关联式计算表面传热系数。 解：常壁温边界条件，流体与壁面的平均温差为 ()()()[][]() ()80288034t t t 48.94C ln t /t ln 8028/8034---''' ?-??===?'''??--冷却 水的平均温度为()f w t t t =80-48.94=31.06C =-?? 由附录3查物性，水在t f 及t w 下的物性参数为： t f =31℃时, λf ＝0.6207 W/(m·K), νf =7.904×10-7m 2/s, Pr f =5.31, μf =7.8668×10-4N s/m 2 t w =80℃时, μw =3.551×10-4N s/m 2。所以 -7 f 0.0126 1.8Re 28700100007.90410 ??===>?m f d u v 水在管内的流动为紊流。 用Dittus-Boelter 公式，液体被加热
0.80.4f Nu 0.023Re Pr = 0.80.4f Nu 0.02328700 5.31.=??=1652 ()20.6207 165.28138.1W /m K 0.0126 ==?=?f f h Nu d λ 用Siede-Tate 公式 0.14 f 0.8 1/3 f w Nu 0.027Re Pr μμ?? = ??? 0.14 0.8 1/3 f 7.8668Nu 0.02728700 5.31 1943.551?? =??= ??? ()20.6207 1949554.7W /m K 0.0126 ==?=?f f h Nu d λ 6-21 管式实验台，管内径0.016m ，长为2.5m ，为不锈钢管，通以直流电加热管内水流，电压为5V ，电流为911.1A ，进口水温为47℃，水流速0.5m/s ，试求它的表面传热系数及换热温度差。（管子外绝热保温，可不考虑热损失） 解：查附录3，进口处47℃水的密度为 3989.22kg/m ρ'= 质量流量为2f m m =V=u r ρρπ''
《传热学》(第五版)中国建筑工业出版社 章熙民等 课后习题完整答案之绪论-第二章答案
绪论 思考题与习题（89P -）答案： 1． 冰雹落体后溶化所需热量主要是由以下途径得到： Q λ—— 与地面的导热量 f Q ——与空气的对流换热热量 注：若直接暴露于阳光下可考虑辐射换热，否则可忽略不计。 2．略 3．略 4．略 5．略 6．夏季：在维持20℃的室内，人体通过与空气的对流换热失去热量，但同时又与外界和内 墙面通过辐射换热得到热量，最终的总失热量减少。（T T ?外内） 冬季：在与夏季相似的条件下，一方面人体通过对流换热失去部分热量，另一方面又与 外界和内墙通过辐射换热失去部分热量，最终的总失热量增加。（T T ?外内） 挂上窗帘布阻断了与外界的辐射换热，减少了人体的失热量。 7．热对流不等于对流换热，对流换热 = 热对流 + 热传导 热对流为基本传热方式，对流换热为非基本传热方式 8．门窗、墙壁、楼板等等。以热传导和热对流的方式。 9．因内、外两间为真空，故其间无导热和对流传热，热量仅能通过胆壁传到外界，但夹层 两侧均镀锌，其间的系统辐射系数降低，故能较长时间地保持热水的温度。 当真空被破坏掉后，1、2两侧将存在对流换热，使其保温性能变得很差。 10．t R R A λλ= ? 1t R R A λλ== 221 8.331012 m --=? 11．q t λ σ = ? const λ=→直线 const λ≠ 而为λλ=（t ） 时→曲线
12. i R α 1R λ 3R λ 0R α 1f t ??→ q 首先通过对流换热使炉子内壁温度升高，炉子内壁通过热传导，使内壁温度生高，内壁与空气夹层通过对流换热继续传递热量，空气夹层与外壁间再通过热传导，这样使热量通过空气夹层。（空气夹层的厚度对壁炉的保温性能有影响，影响a α的大小。） 13．已知：360mm σ=、0.61() W m K λ=? 118f t =℃ 2187() W h m K =? 210f t =-℃ 22124() W h m K =? 墙高2.8m ，宽3m 求：q 、1w t 、2w t 、φ 解：12 11 t q h h σλ?= ++＝ 18(10) 45.9210.361 870.61124 --=++2W m
839传热学复习大纲
839《传热学》复习大纲 一、考试的基本要求∶ 1.了解传热学的工程应用背景，熟练掌握传热学的基本概念。 2.熟练掌握导热基本定律及导热问题的基本分析方法，对简单几何形状的常物性、无内热源稳态 与非稳态导热问题能进行熟练的分析及计算；掌握周期性变化边界条件下非稳态导热问题温度场及热流密度随时间的变化规律；初步掌握导热问题数值解法的基本方法。 3.较深刻地了解对流传热的各种影响因素，熟悉对流传热所遵循的基本原理及相应准则的物理含 义；对受迫对流传热和自然对流传热能定性做出正确判断，并能熟练运用准则关联式进行对流传热问题的计算。 4.掌握热辐射的基本概念与基本定律；熟悉角系数及利用辐射传热网络进行黑体与灰体表面间的 辐射传热计算；初步了解气体辐射传热的特性。 5.掌握传热过程及复合传热所遵循的基本规律，了解强化传热及削弱传热的基本途径；掌握换热 器的两种基本计算方法：平均温压法和传热单元数法。 二、考试方式和考试时间 闭卷考试，总分150，考试时间为180 分钟。 三、参考书目（仅供参考） 1.章熙民、任泽霈等编著：《传热学》（第六版），中国建筑工业出版社，2014.8 2.杨世铭、陶文铨编著：《传热学》（第四版），高等教育出版社，2006.8 四、试题类型： 主要包括名词解释、填空题、选择题、是非题、简答题、计算填空题、计算题等类型，并根据每年的考试要求做相应调整，分值分布：基本概念题与基本理论分析题50%，应用计算题50%。五、考试内容及要求 绪论 1.传热学的研究对象及研究内容 2.热量传递的三种基本方式 3.传热过程及热阻 要求：掌握热传导、热对流、热辐射、传热过程、热阻等基本概念，了解热量传递的三种基本方式的定义和机理。 第一章导热理论基础 1.基本概念------温度场、温度梯度、导热系数 2.导热基本定律------傅立叶定律 3.导热微分方程式及定解条件 要求：掌握温度场、温度梯度、导热系数、导热基本定律、导热微分方程式及定解条件等，了解导热系数的定义和影响因素，以及导热微分方程式的推导和在不同坐标系中的表达形式。 第二章稳态导热
传热学章熙民
第五章 5-13 由微分方程解求外掠平板，离前缘150mm 处的流动边界层及热边界层度，已知边界平均温度为60℃，速度为u ∞=0.9m/s 。 解： 以干空气为例 平均温度为60℃，查附录2干空气的热物性参数 ν=18.97×10-6m 2/s=1.897×10-5m 2/s, Pr=0.696 离前缘150mm 处Re 数应该为 x 60.90.15Re 7116.518.9710 -?===?u ν∞x Re 小于临街Re,c(5510?), 流动处在层流状态 x δ =5.0Rex 1/-2 115.050.15=?=??x δ
0.00889(m)8.9mm ==δ 所以，热边界层厚度： 1/31/3t Pr 0.00890.6930.01(m)=10mm --==?=δδ 以水为例 平均温度为60℃，查附录3饱和水的热物性参数 ν=4.78×10-7m 2/s Pr=2.99 离前缘150mm 处Re 数应该为 5x 6 0.90.15Re 2.82427100.47810-?===??u ν∞x Re 小于临街Re,c(5510?), 流动处在层流状态 x δ =5.0Rex 1/-2 115.050.15=?=??x δ 0.00141(m) 1.41mm ==δ 所以，热边界层厚度：
1/31/3t Pr 0.00141 2.990.00098(m)=0.98mm --==?=δδ 5-14 已知t f =40℃，t w =20℃，u ∞=0.8m/s ，板长450mm ，求水掠过平板时沿程x=0.1、0.2、0.3、0.45m 的局部表面传热系数，并绘制在以为纵坐标，为横坐标的图上。确定各点的平均表面传热系数。 解：以边界层平均温度确定物性参数 ()()m w f 11t t t 20+4030(C )22 =+==?，查附表3水的物性为： 0.618W /m K λ=?，ν=0.805×10-6m 2/s ，Pr=5.42 在沿程0.45m 处的Re 数为 56 0.80.45Re 4.47100.80510-?===??x u ν∞x 该值小于临界Re c =5×105, 可见流动还处于层流状态。那么从前沿到x 坐标处的平均对流换热系数应为 x h 2h 0.664==??x λ 0.618h 0.6640.72x x =??=
第四节 有相变的对流传热
图4-16 蒸气冷凝方式 （a ）、（b ）膜状冷凝（c ）滴状冷凝 第四节 有相变的对流传热 蒸气冷凝和液体沸腾都是伴有相变化的对流传热过程。这类传热过程的特点是相变流体要放出或吸收大量的潜热，对流传热系数较无相变时更大，例如水的沸腾或水蒸气冷凝。本节只讨论纯流体的沸腾和冷凝传热。 4-4-1 蒸气冷凝传热 一、蒸气冷凝方式 当饱和蒸气与低于饱和温度的壁面接触时，蒸气放出潜热，并在壁面上冷凝成液体。蒸气冷凝有膜状冷凝和滴状冷凝两种方式。 1．膜状冷凝 若冷凝液能够润湿壁面，则在 壁面上形成一层完整的液膜，称为 膜状冷凝，如图4-16（a ）和（b ） 所示。在壁面上一旦形成液膜后， 蒸气的冷凝只能在液膜的表面上进 行，即蒸气冷凝时放出的潜热，必 须通过液膜后才能传给冷壁面。由 于蒸气冷凝时有相的变化，一般热 阻很小，因此这层冷凝液膜往往成 为膜状冷凝的主要热阻。若冷凝液 膜在重力作用下沿壁面向下流动， 则所形成的液膜愈往下愈厚，故壁面愈高或水平放置的管径愈大，整个壁面的平均对流传热系数也就愈小。 2．滴状冷凝 若冷凝液不能润湿壁面，由于表面张力的作用，冷凝液在壁面上形成许多液滴，并沿壁面落下，此种冷凝称为滴状冷凝，如图4-16（c ）所示。 在滴状冷凝时，壁面大部分的面积直接暴露在蒸气中，可供蒸气冷凝。由于没有大面积的液膜阻碍热流，因此滴状冷凝传热系数比膜状冷凝可高几倍甚至十几倍。 工业上遇到的大多是膜状冷凝，因此冷凝器的设计总是按膜状冷凝来处理。下面仅介绍纯组分的饱和蒸气膜状冷凝传热系数的计算方法。 二、膜状冷凝对流传热系数 1．蒸气在垂直管或板外冷凝 膜状冷凝对流传热系数理论公式的推导中作以下假定： （1）冷凝液膜呈层流流动，传热方式为通过液膜的热传导（Re ＜1800）。 （2）蒸气静止不动，对液膜无摩擦阻力。 （3）蒸气冷凝成液体时所释放的热量仅为冷凝潜热，蒸气温度和壁面温度保持不变。 （4）冷凝液的物性可按平均液膜温度取值，且为常数。 根据上述假定，对于蒸气在垂直管外或垂直平板侧的冷凝，可得到如下理论公式：
传热学第七章答案
第七章 思考题 1.什么叫膜状凝结，什么叫珠状凝结?膜状凝结时热量传递过程的主要阻力在什么地方？ 答：凝结液体在壁面上铺展成膜的凝结叫膜状凝结，膜状凝结的主要热阻在液膜层，凝结液体在壁面上形成液珠的凝结叫珠状凝结。 2．在努塞尔关于膜状凝结理论分析的8条假定中，最主要的简化假定是哪两条? 答：第3条，忽略液膜惯性力，使动量方程得以简化；第5条，膜内温度是线性的，即 膜内只有导热而无对流，简化了能量方程。 3．有人说，在其他条件相同的情况下．水平管外的凝结换热一定比竖直管强烈，这一说法一定成立？ 答；这一说法不一定成立，要看管的长径比。 4．为什么水平管外凝结换热只介绍层流的准则式？常压下的水蒸气在10=-=?w s t t t ℃的水平管外凝结，如果要使液膜中出现湍流，试近似地估计一下水平管的直径要多大? 答：因为换热管径通常较小，水平管外凝结换热一般在层流范围。 对于水平横圆管： () r t t dh R w s e ηπ-= 4 ()4 1 32729.0? ??? ??-=w s t t d gr h ηλρ 临界雷诺数 ()()1600 161.9Re 4 3 454 1 3243 4 3 =-= r g t t d w s c ηλρ 由100=s t ℃,查表：kg kJ r /2257= 由 95 =p t ℃，查表：3 /85.961m kg =ρ ()K m W ?=/6815.0λ ()s m kg ??=-/107.2986 η ()() m g t t r d w s 07.23 .9763 1 3 2 35 =-=λρη 即水平管管径达到2.07m 时，流动状态才过渡到湍流。 5．试说明大容器沸腾的t q ?~曲线中各部分的换热机理。 6．对于热流密度可控及壁面温度可控的两种换热情形，分别说明控制热流密度小于临界热流密度及温差小于临界温差的意义，并针对上述两种情形分别举出一个工程应用实例。 答：对于热流密度可控的设备，如电加热器，控制热流密度小于临界热流密度，是为了防止设备被烧毁，对于壁温可控的设备，如冷凝蒸发器，控制温差小于临界温差，是为了防止设备换热量下降。 7．试对比水平管外膜状凝结及水平管外膜态沸腾换热过程的异同。 答：稳定膜态沸腾与膜状凝结在物理上同属相变换热，前者热量必须穿过热阻较大的汽 膜，后者热量必须穿过热阻较大的液膜，前者热量由里向外，后者热量由外向里。 8．从换热表面的结构而言，强化凝结换热的基本思想是什么?强化沸腾换热的基本思想是什么？ 答：从换热表面的结构而言，强化凝结换热的基本思想是尽量减薄粘滞在换热表面上液膜的厚度，强化沸腾换热的基本思想是尽量增加换热表面的汽化核心数。 9．在你学习过的对流换热中．表面传热系数计算式中显含换热温差的有哪几种换热方式？其他换热方式中不显含温差是否意味着与温差没有任何关系? 答：表面传热系数计算式中显含换热温差的有凝结换热和沸腾换热。不显含温差并不意味着与温差无关，温差的影响隐含在公式适用范围和物件计算中。
《传热学》教学与实验大纲
《传热学》教学大纲 大纲说明 课程代码：5125032 总学时：56学时（讲课52学时，实验4学时） 总学分：3.5 课程类别：必修 适用专业：建筑环境与设备工程 预修要求：大学物理、高等数学、工程数学、流体力学和工程热力学。 一、课程的性质、目的、任务： 传热学是研究热量传递规律的工程技术学科，是建筑环境和设备工程专业一门重要的主干技术基础必修课程。通过本课程的学习，不仅为学生学习有关的专业课程提供必要的基础理论知识，而且也为学生以后从事城市及工业企业燃气输配系统、工业及民用建筑内环境及暖通空调、建筑热能供应等公共设施系统的规划、设计等方面的工作打下必要的基础。 通过本课程的学习，应使学生获得比较宽广和巩固的热量传递规律的基础知识，具备分析工程传热问题的基本能力，掌握解决工程传热问题的基本方法并具备相应的计算能力，掌握主要热工参数的测量方法并具备初步的实验技能。要求学生掌握各种热工参数的工程概念。 二、课程教学的基本要求： 学生学完本课程后应达到下述要求： 1、理解并掌握传热学的基本概念、基本定律和基本方法，熟悉传热学的基本内容和基本研究方法，能够较为熟练地解决一些简单的工程实际问题，特别注意学习运用能量守恒原理解决传热问题。 2、理解并掌握Fourier定律、导热系数和热扩散系数（导温系数）的物理意义，对导热计算中几个常用的无量纲准则数有所了解；理解导热微分方程的实质及其推导方法，并能根据问题的物理描述给出数学模型，理解边界条件和初始条件的意义并能给出数学描述；了解求解导热问题的一般方法和步骤，熟练掌握一维稳态导热（包括一维肋片）的分析与计算方法，深刻理解导热热阻的物理意义；掌握非稳态导热的基本特征，了解一维瞬态加热（冷却）系统的求解过程及其求解的诺模图法，熟练掌握集总参数法及其在工程中的应用。了解导热问题数值解法的一般思路，掌握求解区域、微分方程及边界条件的有限差分离散法；了解差分方程的基本求解过程。 3、了解并掌握对流换热的基本特征及其主要影响因素；掌握对流换热系数和牛顿冷却定律；深刻理解对流换热热阻、对流换热准则数和准则方程的意义；了解对流换热理论求解的总体思路和步骤，掌握根据无量纲准则数来安排实验的方法，了解对流换热系数的测试和数据处理方法；能够较为熟练地选用正确的经验关系式对常见的几类对流换热问题进行计算；理解并掌握边界层的概念和特性，对边界层理论的基本论点有一个概括性的了解，能利用边界层的概念对典型的对流换热过程进行定性分析；掌握相变换热的特点及其与单相对流换热的区别；理解凝结换热过程，掌握膜状凝结换热的Nusselt理论；了解沸腾换热过程与池沸腾曲线，理解影响沸腾换热的主要因素。 4、深刻理解并掌握辐射换热的基本概念和基本定律；熟练掌握由两个表面组成封闭腔